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鏡頭是高光譜成像光譜儀的關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)劣直接影響高光譜成像光譜儀的整機指標(biāo)，因此，鏡頭的選擇是否恰當(dāng)關(guān)系到高光譜成像光譜儀整機的質(zhì)量。

1、鏡頭的分類

(1) 以鏡頭安裝分類

所有的高光譜成像光譜儀鏡頭均是螺紋口的，CCD高光譜成像光譜儀的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。

C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是17.526mm。

CS安裝座：特種C安裝，此時應(yīng)將高光譜成像光譜儀前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座高光譜成像光譜儀上時，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。

(2) 以高光譜成像光譜儀鏡頭規(guī)格分類

高光譜成像光譜儀鏡頭規(guī)格應(yīng)視高光譜成像光譜儀的CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對應(yīng)。即高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/2英寸時，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/3英寸時，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。高光譜成像光譜儀的CCD靶面大小為1/4英寸時，鏡頭應(yīng)選1/4英寸。如果鏡頭尺寸與高光譜成像光譜儀CCD靶面尺寸不一致時，觀察角度將不符合設(shè)計要求，或者發(fā)生畫面在焦點以外等問題。

(3) 以鏡頭的視場大小分類

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD高光譜成像光譜儀中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD高光譜成像光譜儀中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm。

廣角鏡頭：視角90度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。

遠攝鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。

變倍鏡頭(zoom lens)：也稱為伸縮鏡頭，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類。

可變焦點鏡頭(vari-focus lens)：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠距離物體放大，同時又可提供一個寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過設(shè)置自動聚焦于最小焦距和焦距兩個位置，但是從最小焦距到焦距之間的聚焦，則需通過手動聚焦實現(xiàn)。

：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。

(4) 從鏡頭焦距上分

短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個較寬廣的視野。

中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長度視CCD的尺寸而定。

長焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長距離監(jiān)視。

變焦距鏡頭：通常為電動式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠望等鏡頭使用。

2、選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù)

(1) 鏡頭的成像尺寸

應(yīng)與高光譜成像光譜儀CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等規(guī)格。

(2) 鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對用戶而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計量單位，計算公式為：

鏡頭分辨率N=180 / 畫幅格式的高度。

由于高光譜成像光譜儀CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如1/2英寸高光譜成像光譜儀，其靶面為寬6.4mm*高4.8mm，1/3英寸高光譜成像光譜儀為寬4.8mm*高3.6mm，因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的分辨率應(yīng)為38對線/mm。對1/3英寸格式高光譜成像光譜儀，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對線，高光譜成像光譜儀的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

(3) 鏡頭焦距與視野角度

首先根據(jù)高光譜成像光譜儀到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f 確定后，則由高光譜成像光譜儀靶面決定了視野。

(4) 光圈或通光量

鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標(biāo)記，每個鏡頭上均標(biāo)有其的F值，通光量與F值的平方成反比關(guān)系，F值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭

3、鏡頭與高光譜成像光譜儀CCD尺寸的關(guān)系

1/2"鏡頭既可用于1/2"高光譜成像光譜儀，也可用于1/3"高光譜成像光譜儀，但視角會減少25%左右。1/3"鏡頭不能用于1/2"高光譜成像光譜儀，只能用于1/3"高光譜成像光譜儀。

4、鏡頭的主要性能指標(biāo)有以下幾個：

(1) 焦距

焦距的大小決定著視場角的大小，焦距數(shù)值小，視場角大，所觀察的范圍也大，但距離遠的物體分辨不很清楚;焦距數(shù)值大，視場角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場角是一一對應(yīng)的，一個確定的焦距就意味著一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時，應(yīng)該充分考慮是觀測細節(jié)重要，還是有一個大的觀測范圍重要，如果要看細節(jié)，就選擇長焦距鏡頭;如果看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

(2) 光闌系數(shù)(光通量)

即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個鏡頭上都標(biāo)有F值，例如6mm/F1.4代表孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關(guān)系，F值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標(biāo)值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規(guī)律是前一個標(biāo)值時的曝光量正好是后一個標(biāo)值對應(yīng)曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號2倍，因此光圈指數(shù)越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。

另外鏡頭的光圈還有手動(MANUAL IRIS)和自動光圈(AUTO IRIS)之分。配合高光譜成像光譜儀使用，手動光圈適合亮度變化不大的場合，它的進光量通過鏡頭上的光圈環(huán)調(diào)節(jié)，一次性調(diào)整合適為止。自動光圈鏡頭會隨著光線的變化而自動調(diào)整，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場合。

5、視場和焦距的計算

視場指被攝取物體的大小，視場的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。

(1) 焦距的計算

鏡頭的焦距，視場大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計算如下：

f=wL/W或者f=hL/h

f;鏡頭焦距　　　　　　 w：圖象的寬度(被攝物體在CCD靶面上成象寬度)

W：被攝物體寬度　　　 L：被攝物體至鏡頭的距離

h：圖象高度(被攝物體在ccd靶面上成像高度)視場(攝取場景)高度

H：被攝物體的高度

CCD靶面規(guī)格尺寸：單位mm

由于高光譜成像光譜儀畫面寬度和高度與電視接收機畫面寬度和高度一樣，其比例均為4:3，當(dāng)L不變，H或W增大時，f變小，當(dāng)H或W不變，L增大時，f增大。

舉例：假設(shè)用1/2”CCD高光譜成像光譜儀觀測，被測物體寬440毫米，高330毫米，鏡頭焦點距物體2500毫米。

由公式可以算出：

焦距f=6.4 * 2500 / 440≈36毫米或f=4.8 * 2500 / 330≈36毫米

當(dāng)焦距數(shù)值算出后，如果沒有對應(yīng)焦距的鏡頭是很正常的，這時可以根據(jù)產(chǎn)品目錄選擇相近的型號，一般選擇比計算值小的，這樣視角還會大一些。

(2) 視場角的計算

如果知道了水平或垂直視場角便可按公式計算出現(xiàn)場寬度和高度。

W=2LtanQw/2 ( Qw：水平視角)

H=2LtanQh/2 ( Qh：垂直視角)

水平視場角Qw(水平觀看的角度)：Qw =2tg-1(W/2L)

垂直視場角Qh(垂直觀看的角度)：Qh =2tg-1(H/2L)

視場由寬(W)、高(H)和與高光譜成像光譜儀的距離(L)決定，一旦決定了高光譜成像光譜儀要監(jiān)視的景物，正確地選擇鏡頭的焦距就由來3個因素決定：

(1) 欲監(jiān)視景物的尺寸

(2) 高光譜成像光譜儀與景物的距離

(3) 高光譜成像光譜儀成像器的尺寸

6、選配鏡頭的原則

為了獲得預(yù)期的成像效果，在選配鏡頭時，應(yīng)著重注意六個基本要素：(1)被攝物體的大小;(2) 被攝物體的細節(jié)尺寸;(3) 物距;(4)焦距;(5) CCD攝像機靶面的尺寸;(6) 鏡頭攝像系統(tǒng)的分辨率。